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Le raisonnement par récurrence
Le cours écrit
4.1 Le principe
Pour démontrer qu'une propriété , qui dépend d'un entier naturel , est vraie pour tout entier , on procède en deux étapes.
- Initialisation : on vérifie que est vraie.
- Hérédité : on suppose que est vraie pour un entier quelconque (c'est l'hypothèse de récurrence), et on démontre qu'alors est vraie.
Conclusion : est vraie pour tout entier .
C'est l'image d'une échelle : on peut monter sur le premier barreau (initialisation), et de chaque barreau on peut monter sur le suivant (hérédité). On peut donc atteindre tous les barreaux.
4.2 Démontrer une formule
Exemple 18 (suite de l'exemple 3). Soit et . Montrons que pour tout .
Pour , on note : « ».
Initialisation. : est vraie.
Hérédité. Soit tel que . Alors : est vraie.
Conclusion. Pour tout , .
Comme pour , on a aussi démontré que la somme des premiers nombres impairs vaut . On le voit sur un carré de côté : on passe au carré de côté en ajoutant une bande en équerre de petits carrés.
Exemple 19 (suite de l'exemple 2). Soit et . Montrons que pour tout .
Initialisation. .
Hérédité. Supposons pour un entier . Alors
Conclusion. Pour tout , . Par exemple .
4.3 Démontrer une inégalité, un sens de variation
Exemple 20 (suite de l'exemple 2). Montrons que pour tout , sans utiliser la formule de l'exemple 19.
Initialisation. .
Hérédité. Supposons . Alors , donc , c'est-à-dire .
Conclusion. pour tout .
Sens de variation. , puisque . La suite est strictement croissante. Elle est donc minorée par , et : elle est bornée.
4.4 Les deux étapes sont indispensables
- Vérifier quelques cas ne suffit pas. Le nombre est premier pour , mais pas pour : .
- L'hérédité seule ne suffit pas. Soit : « est un multiple de ». Si , alors : l'hérédité est vraie. Pourtant n'est pas un multiple de , et en fait est fausse pour tout ( vaut ).
Exercices 7 et 8
- Exercice 7 : démontrer des égalités
- Exercice 8 : démontrer des inégalités
Corrigés
Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.